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超长混凝土结构膨胀加强带有限元模拟与温度场分析

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:39566
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  • 日期:2022-05-29
  • 来源:上海论文网

建筑学论文哪里有?本文以重庆市某工程超长地下室混凝土底板为工程实例,用 ABAQUS 建立设有膨胀加强带的超长混凝土底板模型,分析了底板混凝土施工中的温度和温度应力变化及其分布规律,并结合模型研究了膨胀加强带布置方向和设置间距对超长混凝土底板的影响,提出了超长地下室底板膨胀加强带布置方式和间距原则,将其应用于实际工程中,获得了较好的施工质量和经济效益。

第 1 章 绪论

1.2 国内外研究现状

国内外对混凝土裂缝的研究已经进行了多年,取得了许多卓越的成果,但仍有许多的问题需要进一步探索研究。由于实际工程施工复杂多变,由于混凝土原材料质量不同,裂缝的产生往往受到多种因素的影响,本文通过近几年国内外学术期刊的研究,综合论述了国内外相关研究成果。

1.2.1 混凝土的收缩和徐变

1907 年,美国材料试验协会报导了钢筋混凝土的收缩徐变,打开了对混凝土裂缝研究的大门。

国外对混凝土收缩和徐变的研究早于国内许多年,得到了许多丰富的研究成果,Granger[1]通过研究发现混凝土表面的微裂缝是由于干燥收缩引起的,并通过实验提出了一种干缩函数曲线,提出了一种简单的实验方法,并利用实验曲线和失重函数,为了验证假设,我们将混凝土裂缝概率模型考虑混凝土材料的施工。模拟结果对收缩徐变试验中裂纹间距、宽度和深度的确定也有一定的指导意义。Neubaner[2]研究砂浆粘结面的弹性模量和混凝土收缩之间的关系,得出了砂浆粘结面的弹性模量和混凝土的收缩成反比例关系,即粘结面的弹性模量增大时,混凝土收缩反而减小。

bernerd O.[3]研究了发现混凝土的自身收缩是影响新旧混凝土单元早期应力和应变的主要因素。Sule[4]等分析了混凝土早期开裂和自身收缩的影响关系,得出增加钢筋可以推迟混凝土收缩裂缝的形成时间,减少混凝土早期裂缝的形成。

Y. Yuna[5]为了预测混凝土浇筑后可能出现的早期开裂,基于新拌混凝土性能发展的微观力学模型和经验公式,完成了一个数值模拟程序。数值模型可以考虑水化、水分迁移和蠕变的影响。

Z. Tsivilis[6]研究了石灰石掺量对石灰石水泥混凝土的透气性、透水性、吸附性和孔隙率的影响。通过熟料、石膏和石灰石的混合,制备了六种不同石灰石含量的硅酸盐石灰石水泥。还测量了样品的吸附性和孔隙率,同时通过光学显微镜检查了混凝土样品的薄片。

第 3 章 超长混凝土底板结构数值分析

3.1 工程背景

3.1.1 工程概况

万科某小区项目 D2 地块位于重庆市北碚区,该项目共包括 2 栋高层和 1 栋幼儿园及地下停车库,属于典型的超长混凝土结构,其地下室结构纵向长度 200m,横向宽度 42m,远超过规范中[52]规定的地下室结构最大伸缩缝间距,按照原设计图纸,对地下室底板设置后浇带减小混凝土温度和收缩作用。

由于重庆地区的雨季较多,在超长混凝土底板中设置后浇带不但施工复杂影响工期,并且后浇带的清理和凿毛在施工填缝中十分的麻烦,处理不好会造成地下室在设有后浇带处出现渗水、开裂等现象,对建筑使用造成影响,严重会危及结构安全,提出对工程地下室底板不留设缝。采用膨胀加强带取缔后浇带,即膨胀加强带浇筑后,超长地下室底板结构在使用阶段是一个大型整体无缝结构。

3.1.2 无缝施工技术特点分析

(1)该工程地下室底板结构长 200m,宽 42m,厚度为 450mm,地下室长宽比为约为 1/5,纵向长度远远超过设缝距离,如不采取抗裂措施,在混凝土浇筑过程中发生的水化温度变化和收缩反应,在结构内部形成较大的温度收缩应力,造成温度裂缝,对建筑的使用和耐久性造成影响。

(2)由于该工程处于重庆市北碚区,该地区的地下水资源丰富,雨季较多,地下室砼结构的抗渗要求高,在底板施工过程中,如何确保混凝土在达到抗渗要求的情况下产生干缩裂缝和温度裂缝,符合建筑要求,这是本工程施工中需要考虑的问题。

第 5 章 超长混凝土结构无缝施工技术工程应用

5.1 膨胀混凝土配合比确定

采用膨胀加强带进行无缝施工时需要对膨胀混凝土进行配合比设计,该项目采用商品混凝土,必须仔细评估特定拌合厂的能力和技术水平,对搅拌站混凝土的原材料及配合比设计做出了以下要求,由于现场施工情况的复杂多变形,考虑结构的安全性,由表2-1可知,在膨胀加强带处的限制膨胀率范围取0.025%~0.05%,通过第三章节的计算,膨胀加强带内2 为 0.045%,带外膨胀混凝土2 为 0.034%,由限制膨胀率选取膨胀剂掺量,经过试验对比 8%ZY 掺量最符合计算的限制膨胀率,则带外选取掺量为 8%的膨胀混凝土,则掺量 8%ZY 膨胀剂的 C30 混凝土的配合比如 5-1。

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根据《补偿收缩混凝土应用技术规程》,对此工程的膨胀加强带处的混凝土等级取 C35,带内的混凝土掺量 10%的 ZY 膨胀剂。上述混凝土原材料需选用经检测合格的绿色环保型产品,符合国家现行标准的规定。

5.2 超长混凝土底板无缝施工

5.2.1 施工方案

根据第三章设有膨胀加强带的超长混凝土底板模型计算结果,其结果一直处于混凝土抗拉强度范围,无裂缝产生,我们确定超长混凝土底板的施工方案,对本工程超长混凝土底板纵向间隔 48.5m 设置一条 2m 宽膨胀加强带。

膨胀加强带将混凝土底板结构分为了四个混凝土区块,在进行底板混凝土施工时,先浇筑四个混凝土区块的微膨胀混凝土,浇筑完成 2d 后进行带内高膨胀混凝土浇筑,待混凝土凝结后,超长混凝土底板结构浇筑为一个整体,整个底板无任何施工缝。

5.2.2 混凝土施工

(1)施工起点流向

根据本工程施工组织总设计总进度来对混凝土施工方案进行安排。由于本底板混凝土工程量较大,拟采用两台 52 米臂架泵进行不间断浇筑,从一个方向朝另一个方向齐头推进。另外安排两台汽车泵预留施工现场,防止输送泵因损坏停工。因本工程浇筑量大、混凝土浇筑时间长,需要考虑夜间施工,因此需要做好夜间施工的各项准备工作。

将整个工程划分为 A、B、C、D 共四个施工区,见下图:

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在进行工程底板进行膨胀加强带无缝施工时,安排两个混凝土小组作业混凝土浇筑,第一个混凝土混凝土小组作业 A、B 两个区块,第二个混凝土小组作业 C、D 两个区块,两个小组同时浇筑混凝土。混凝土区块施工完成后 2d 在进行膨胀加强带的施工。

结论与展望

结论

采用膨胀加强带对超长混凝土结构进行无缝施工技术因其工期短、使用方便和提高结构性能等优点使用得越来越广泛,但膨胀加强带的设置方向和设置间距都是根据工程经验取得,其设计和施工缺少相关的计算理论。本文以重庆市某工程超长地下室混凝土底板为工程实例,用 ABAQUS 建立设有膨胀加强带的超长混凝土底板模型,分析了底板混凝土施工中的温度和温度应力变化及其分布规律,并结合模型研究了膨胀加强带布置方向和设置间距对超长混凝土底板的影响,提出了超长地下室底板膨胀加强带布置方式和间距原则,将其应用于实际工程中,获得了较好的施工质量和经济效益。本文主要以下结论:

(1)在有限元软件 ABAQUS 中通过设置膨胀加强带的基本参数、初始和边界条件、激活生死单元顺序、采用结点对处理膨胀加强带界面等措施,成功建立了设有膨胀加强带的超长混凝土底板模型,模拟分析了混凝土浇筑过程的温度场和温度应力场变化。

(2)结合模型模拟了膨胀加强带不同走向布置、间距设置对超长混凝土结构温度场和温度应力场分布影响,提出了超长混凝土底板结构膨胀加强带的间距选取、面积设定原则。对于常用的厚度不超过 800mm 的超长混凝土底板,其间距设置在 40~60m,面积设定在 1300m2~2000m2。对于同等面积下的混凝土区块,其温度应力变化主要取决于区块长宽比,区块长宽比越接近低,膨胀加强带的效果越好。

(3)通过模型分析间距取值在不同厚度底板对超长混凝土结构温度场和温度应力场分布影响,提出了超长混凝土底板结构膨胀加强带的体方量设计原则。对于对于常用的厚度不超过 800mm 的超长混凝土底板,其体方量的范围在 1600m2内。

(4)对比模型有限元分析结果,根据所提的膨胀加强带对底板进行无缝施工方案设计,将其运用于实际工程,通过与实测值的对比,为此类工程无缝施工提供了一定的理论参考。

参考文献(略)

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